KR20160069097A

KR20160069097A - 엔진의 전동식 워터펌프 진단방법

Info

Publication number: KR20160069097A
Application number: KR1020140174481A
Authority: KR
Inventors: 박정훈; 김경희; 조재만; 오태성; 동근오
Original assignee: 현대자동차주식회사; 명화공업주식회사; 기아자동차주식회사
Priority date: 2014-12-05
Filing date: 2014-12-05
Publication date: 2016-06-16
Also published as: US20160160782A1; CN105673180A

Abstract

본 발명은 전동식 워터펌프에 사용되는 센서리스 3상 모터에 기구적인 STALL 상황이 발생하였는지의 여부를 컨트롤러가 진단할 수 있도록 함으로써, 궁극적으로 전동식 워터펌프의 부적절한 작동에 의해 엔진이 과열되는 등의 문제를 예방할 수 있도록 한다.

Description

엔진의 전동식 워터펌프 진단방법{DIAGNOSTIC METHOD FOR ELECTRONIC WATER PUMP OF ENGINE}

본 발명은 엔진의 전동식 워터펌프 진단방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 엔진 냉각수를 순환시키기 위한 전동식 워터펌프의 고장을 진단하는 기술에 관한 것이다.

엔진에는 발생되는 열을 냉각시키기 위해 워터펌프로 냉각수를 순환시킬 수 있도록 되어 있으며, 종래에는 일반적으로 엔진의 크랭크샤프트에 기계적으로 연동하는 기계식 워터펌프를 장착하였으나, 최근에는 엔진의 운전상태 등과 같은 각종 인자들을 고려하여 독립적이면서도 능동적으로 구동을 제어할 수 있는 전동식 워터펌프를 사용하려는 경우가 있다.

상기와 같은 전동식 워터펌프의 경우, 전기 모터에 의해 구동이 이루어지도록 구성되므로, 상기 모터의 안정되고 적절한 작동이 엔진 냉각수 흐름의 제어에 결정적인 역할을 하게 된다.

따라서, 전동식 워터펌프를 구성하는 모터의 상태를 진단하고 그에 따라 적절한 조치를 취할 수 있도록 구성하는 것이 필요하며, 특히 모터에 구동 전류를 인가함에도 불구하고 모터가 구동되지 못하여 실질적인 냉각수의 펌핑이 이루어지지 못하는 스톨(STALL) 상황을 정확히 진단하여 그에 대응할 수 있도록 하는 것은 매우 중요하다.

상기 전동식 워터펌프에 사용되는 모터로서 센서리스 3상 모터를 사용하는 전동식 워터펌프의 경우, 모터의 회전상태를 감지하는 센서가 없기 때문에 센서 없이 모터의 스톨 상황을 컨트롤러가 적절히 감지해 낼 수 있도록 하여, 궁극적으로 엔진의 과열을 예방할 수 있도록 할 필요가 있다.

상기 발명의 배경이 되는 기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.

KR

1020120061667

A

본 발명은 전동식 워터펌프에 사용되는 센서리스 3상 모터에 기구적인 STALL 상황이 발생하였는지의 여부를 컨트롤러가 진단할 수 있도록 함으로써, 궁극적으로 전동식 워터펌프의 부적절한 작동에 의해 엔진이 과열되는 등의 문제를 예방할 수 있도록 한 엔진의 전동식 워터펌프 진단방법을 제공함에 그 목적이 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명 엔진의 전동식 워터펌프 진단방법은

엔진의 전동식 워터펌프에 사용된 센서리스 3상 모터의 구동 중 스톨이 발생하는지의 여부를 모터 토크의 피크치를 이용하여 판단하는 구동중스톨판단단계와;

상기 모터가 정지 상태에 있을 때, 스톨이 발생하는지의 여부를 모터 토크를 이용하여 판단하는 정지중스톨판단단계를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 엔진의 전동식 워터펌프 진단방법의 실시예를 도시한 순서도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명 엔진의 전동식 워터펌프 진단방법의 실시예는, 엔진의 전동식 워터펌프에 사용된 센서리스 3상 모터의 구동 중 스톨이 발생하는지의 여부를 모터 토크의 피크치를 이용하여 판단하는 구동중스톨판단단계(S10)와; 상기 모터가 정지 상태에 있을 때, 스톨이 발생하는지의 여부를 모터 토크를 이용하여 판단하는 정지중스톨판단단계(S20)를 포함하여 구성된다.

즉, 본 발명은 엔진의 전동식 워터펌프에 사용되는 센서리스 3상 모터에 스톨이 발생하는지의 여부를 상기 모터의 컨트롤러가 상기 구동중스톨판단단계(S10)와 정지중스톨판단단계(S20)를 통해 검출하여 판단할 수 있도록 하는 것이다.

상기 구동중스톨판단단계(S10)는 컨트롤러에서 모터에 가하는 듀티가 소정의 제1기준듀티 보다 크고, 모터의 회전속도가 소정의 제1기준회전속도보다 크며, 모터 토크의 피크치 Te_Peak가 소정의 제1기준토크보다 큰 경우에, 모터의 구동 중 스톨이 발생한 것으로 판단한다.

여기서, 상기 제1기준듀티는 20 ~ 30%의 값으로 설정되어 어느 정도 모터가 적절히 구동될 수 있는 수준의 듀티로 설정하는 것이 바람직할 것이며, 상기 제1기준회전속도는 500RPM 이상의 값으로 설정되어 모터가 확실히 구동되어 회전하고 있는 상태임을 확인할 수 있는 수준으로 설정되는 것이 바람직할 것이다. 또한, 상기 제1기준토크는 상기 모터가 정상적인 상태에서 통상 발생하는 정격토크의 1.5배 이상 2배 미만의 범위로 설정되는 것이 바람직하다.

즉, 모터에 가하는 듀티가 20 ~ 30%의 값으로 모터가 적절히 구동될 수 있도록 가해지고 있고, 그에 따라 모터의 속도가 예컨대 500RPM을 초과하여 회전하고 있는데, 모터의 토크가 갑자기 정격토크의 1.5배 이상 증가하였다는 것은 갑자기 이물질이 끼었다거나 하여 모터가 기구적으로 회전이 억제되어 스톨되는 상황임을 나타내는 것으로 볼 수 있다는 것이다.

참고로, 본 발명에서 사용되고 있는 센서리스 3상 모터는 센서리스 FOC(Field Oriented Control) 방식으로 제어되도록 구성되어 있다.

한편, 상기 정지중스톨판단단계(S20)는 컨트롤러에서 모터에 가하는 듀티가 소정의 제2기준듀티 보다 크고, 모터의 회전속도가 소정의 제2기준회전속도 미만이며, 모터의 토크가 소정의 제2기준토크보다 큰 경우에, 모터의 구동 중 스톨이 발생한 것으로 판단한다.

특히, 상기 정지중스톨판단단계(S20)는 모터의 구동 개시 후 모터 구동 시간이 소정의 제1기준시간 이상이 경과한 상태에서 수행하는 것이 바람직하다.

상기 제1기준시간은 정지상태로부터의 모터가 정상적으로 구동되어 가속될 때 모터의 회전수와 토크가 안정적으로 측정 가능해지는 시간을 고려하여 설정되며, 상기 제2기준속도는 상기 제1기준시간 이상 모터가 정상적으로 구동되었을 때 발생될 수 있는 모터의 최소 회전수 보다 작은 회전수로 설정되는 것이 바람직하다.

즉, 상기 제1기준시간은 예컨대, 0.3초 등과 같이 설정될 수 있는 바, 이와 같은 시간 동안 모터를 가속하였음에도, 모터의 회전속도가 상기 제2기준속도 (예컨대 500RPM) 미만이라면, 일단 정지 상태의 모터가 스톨 상태임을 추정할 수 있다는 것이며, 이때 물론, 모터에 가하는 듀티는 모터가 적절히 구동될 수 있는 수준의 적절한 값이어야 할 것이므로 상기 제2기준듀티도 20% 내지 30%의 범위에서 결정될 수 있을 것이다.

한편, 본 정지중스톨판단단계(S20)에서는, 상기한 바와 같이 모터의 토크 Te를 상기 제2기준토크와 비교하는 바, 상기 제2기준토크는 정상적인 상태라면 모터의 회전수와 부하에 비례하도록 모터에 가해지는 전류로부터 산출되는 토크보다 큰 값으로 결정된다. 예컨대, 현재 모터의 회전수와 부하에 따라 모터에 가해지는 전류로부터 산출되는 정상적인 토크가 0.15Nm라면, 상기 제2기준토크는 약 0.2Nm 로 설정하는 것이다.

따라서, 상기 정지중스톨판단단계(S20)는 정지상태의 모터가 적절히 구동되도록 상기 제1기준시간 이상 제2기준듀티 이상의 듀티로 구동하고 있음에도, 모터의 속도가 상기 제2기준속도 미만을 거의 회전하지 않으며, 모터의 토크 Te가 모터의 회전수와 부하에 따른 정상적인 토크에 비하여, 30% 이상 큰 토크(전류)가 걸리게 되면, 이는 정지상태의 모터가 스톨 상태이어서, 더 이상 구동 듀티를 인가하여도 전동식 워터펌프의 구동이 불가능한 상황임을 판단하도록 하는 것이다.

한편, 본 실시예는 상기 구동중스톨판단단계(S10)와 정지중스톨판단단계(S20)를 다수회 반복적으로 수행하여, 소정의 기준횟수 이상 계속해서 스톨인 것으로 판단되는 경우에, 최종적으로 스톨 판단을 확정하도록 함으로써, 보다 안정되고 정확한 스톨의 판단이 이루어지도록 하고 있다.

예건대, 상기 기준횟수는 20회 내지 50회 등과 같이 수십회의 동일한 판단이 계속적으로 이루어지는 경우에 모터가 스톨된 것으로 판단을 확정하고, 그에 따라 운전자에게 경고를 하거나 차량의 운행 모드를 제한하는 등 별도의 조치를 취하도록 하는 것이 가능할 것이다.

본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.

S10; 구동중스톨판단단계
S20; 정지중스톨판단단계

Claims

엔진의 전동식 워터펌프에 사용된 센서리스 3상 모터의 구동 중 스톨이 발생하는지의 여부를 모터 토크의 피크치를 이용하여 판단하는 구동중스톨판단단계(S10)와;
상기 모터가 정지 상태에 있을 때, 스톨이 발생하는지의 여부를 모터 토크를 이용하여 판단하는 정지중스톨판단단계(S20);
를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 엔진의 전동식 워터펌프 진단방법.
청구항 1에 있어서,
상기 구동중스톨판단단계(S10)는
컨트롤러에서 모터에 가하는 듀티가 소정의 제1기준듀티 보다 크고, 모터의 회전속도가 소정의 제1기준회전속도 보다 크며, 모터 토크의 피크치가 소정의 제1기준토크보다 큰 경우에, 모터의 구동 중 스톨이 발생한 것으로 판단하는 것
을 특징으로 하는 엔진의 전동식 워터펌프 진단방법.
청구항 2에 있어서,
상기 제1기준토크는 상기 모터가 정상적인 상태에서 통상 발생하는 정격토크의 1.5배 이상 2배 미만의 범위로 설정되는 것
을 특징으로 하는 엔진의 전동식 워터펌프 진단방법.
청구항 1에 있어서,
상기 정지중스톨판단단계(S20)는
컨트롤러에서 모터에 가하는 듀티가 소정의 제2기준듀티 보다 크고, 모터의 회전속도가 소정의 제2기준회전속도 미만이며, 모터의 토크가 소정의 제2기준토크보다 큰 경우에, 모터의 구동 중 스톨이 발생한 것으로 판단하는 것
청구항 4에 있어서,
상기 정지중스톨판단단계(S20)는
모터의 구동 개시 후 모터 구동 시간이 소정의 제1기준시간 이상이 경과한 상태에서 수행하는 것
을 특징으로 하는 엔진의 전동식 워터펌프 진단방법.
청구항 5에 있어서, 상기 제1기준시간은 정지상태로부터의 모터가 정상적으로 구동되어 가속될 때 모터의 회전수와 토크가 안정적으로 측정 가능해지는 시간을 고려하여 설정되며;
상기 제2기준속도는 상기 제1기준시간 이상 모터가 정상적으로 구동되었을 때 발생될 수 있는 모터의 최소 회전수 보다 작은 회전수로 설정되는 것
을 특징으로 하는 엔진의 전동식 워터펌프 진단방법.
청구항 1에 있어서,
상기 구동중스톨판단단계(S10)와 정지중스톨판단단계(S20)를 다수회 반복적으로 수행하여, 소정의 기준횟수 이상 계속해서 스톨인 것으로 판단되는 경우에, 최종적으로 스톨 판단을 확정하도록 하는 것
을 특징으로 하는 엔진의 전동식 워터펌프 진단방법.